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traducci�n de
Adela Kaufmann � � � �
Las atm�sferas qu�nticas en busca de materiales interesantes.� � � Una nueva teor�a propone que las propiedades qu�nticas de un objeto se extienden en una "atmosfera" que rodea el material... � � � En los �ltimos a�os, algunos materiales han demostrado ser un campo de juego para los f�sicos. � Estos materiales no est�n hechos de nada especial, solo de part�culas normales como protones, neutrones y electrones.�Pero son m�s que la suma de suspartes. � Estos materiales cuentan con una variedad de propiedades y fen�menos notables, e incluso han llevado a los f�sicos a nuevas�fases de la materia - m�s all� de las fases s�lidas, gaseosas y l�quidas con las que estamos m�s familiarizados. � Una clase de material que entusiasma especialmente a los f�sicos es el aislante topol�gico y, m�s ampliamente, las fases topol�gicas, cuyos fundamentos te�ricos hicieron que sus descubridores obtuvieran el�Premio Nobel en 2016. � En la superficie de un aislante topol�gico, los electrones fluyen suavemente, mientras que, en el interior, los electrones est�n inm�viles.�Su superficie es, por lo tanto, un conductor similar al metal, pero su interior es un aislante similar a la cer�mica. � Los aisladores topol�gicos han llamado la atenci�n por su inusual f�sica, as� como por su uso potencial en computadoras qu�nticas y los llamados dispositivos espintr�nicos, que utilizan los giros de los electrones y su carga. � Pero tales comportamientos ex�ticos no siempre son obvios.
Esto significa que una gran cantidad de materiales aparentemente comunes pueden albergar propiedades ocultas, aunque inusuales y posiblemente �tiles. � En un art�culo (Quantum Atmospherics for Materials Diagnosis) publicado recientemente en l�nea,�Frank Wilczek�y�Qing-Dong Jiang, f�sico de la Universidad de Estocolmo, proponen una nueva forma de descubrir tales propiedades:
Algunas de las propiedades qu�nticas fundamentales de un material podr�an manifestarse en esta atm�sfera, que los f�sicos podr�an medir. � Si se confirma en experimentos, este fen�meno no solo ser�a una de las pocas consecuencias macrosc�picas de la mec�nica qu�ntica, dijo Wilczek, pero tambi�n podr�a ser una herramienta poderosa para explorar una variedad de nuevos materiales.
Pero, agreg�,
Sin embargo, en el nuevo an�lisis, Jiang y Wilczek calcularon que, en principio, un efecto atmosf�rico qu�ntico estar�a dentro del rango de detectabilidad. � No solo eso, dijo Wilczek, sino que la detecci�n de tales efectos puede lograrse m�s pronto que tarde. � � � �Una zona de influencia� Una atm�sfera qu�ntica, explic� Wilczek, es una delgada zona de influencia alrededor de un material. � Seg�n la mec�nica qu�ntica, un vac�o no est� completamente vac�o;�m�s bien, est� lleno de fluctuaciones qu�nticas. � Por ejemplo, si toma dos placas sin carga y las junta en un vac�o, solo las fluctuaciones qu�nticas con longitudes de onda m�s cortas que la distancia entre las placas pueden apretarse entre ellas.6 � Fuera de las placas, sin embargo, pueden caber fluctuaciones de todas las longitudes de onda. � La energ�a externa ser� mayor que la interna, lo que resultar� en una fuerza neta que empujar� las placas juntas.�Llamado el�Efecto Casimir, este fen�meno es similar a la influencia de una atm�sfera qu�ntica, dijo Wilczek. � Al igual que una placa siente una fuerza m�s fuerte a medida que se acerca a otra, una sonda parecida a una aguja sentir�a un efecto de la atm�sfera qu�ntica cuando se acerca a un material.
� Y la naturaleza de esa influencia depende de las propiedades qu�nticas del propio material. � �
El antimonio puede comportarse como aislante topol�gico - Un material que act�a como aislante.
En todas partes excepto en su superficie.� � � Esas propiedades pueden ser extraordinarias. � Ciertos materiales act�an como sus propios universos con sus propias leyes f�sicas, como si comprendieran lo que recientemente se llam� un�multiverso�de materiales�(The Expanding Materials Multiverse).
Algunos materiales, por ejemplo, albergan objetos que act�an como�monopolos magn�ticos, imanes en forma de puntos con un polo norte pero sin polo sur. � Los f�sicos tambi�n han detectado las denominadas cuasipart�culas con�carga el�ctrica fraccionaria�y cuasipart�culas que act�an como su propia antimateria (Signatures of Majorana Fermions in Hybrid Superconductor-Semiconductor Nanowire Devices), con la capacidad de aniquilarse. � � "Parecen muy inocentes, pero de alguna manera
Se han estado escondiendo en secreto".�
Instituto de Tecnolog�a de Massachusetts � Si existen propiedades ex�ticas similares en otros materiales, podr�an revelarse en atm�sferas qu�nticas. � En principio, podr�a descubrir todo tipo de propiedades nuevas simplemente explorando las atm�sferas de los materiales, dijo Wilczek. � Para demostrar su idea, Jiang y Wilczek se centraron en un conjunto de reglas poco ortodoxas llamadas�electrodin�mica del axi�n, que podr�an dar lugar a propiedades �nicas. � Wilczek ide� la teor�a en 1987 para describir c�mo�una part�cula hipot�tica llamada axi�n�interactuar�a con la electricidad y el magnetismo. � (Los f�sicos hab�an�propuesto previamente�el axi�n�como una soluci�n a una de las preguntas sin resolver m�s grandes de la f�sica: por qu� las interacciones que involucran la fuerza fuerte son las mismas incluso cuando las part�culas se intercambian con sus antipart�culas y se reflejan en un espejo, preservando la llamada simetr�a de carga y paridad.) � Hasta el d�a de hoy, nadie ha encontrado evidencia de que existan axiones, a pesar de que recientemente han ganado un inter�s renovado como candidato para la materia oscura. � Si bien estas reglas no parecen ser v�lidas en la mayor parte del universo, resulta que pueden entrar en juego dentro de un material como un aislante topol�gico.
� � �Defectos del diamante� Si un material como un aislante topol�gico obedece a la electrodin�mica del axi�n, su atm�sfera qu�ntica podr�a inducir un efecto revelador sobre cualquier cosa que se cruce hacia la atm�sfera. � Jiang y Wilczek calcularon que tal efecto ser�a similar al de un campo magn�tico.�En particular, encontraron que, si se colocara alg�n sistema de �tomos o mol�culas en la atm�sfera, sus niveles de energ�a qu�ntica ser�an alterados. � Un investigador podr�a medir estos niveles alterados utilizando t�cnicas de laboratorio est�ndar.
Uno de estos sistemas potenciales es una sonda de diamante con caracter�sticas llamadas�centro nitr�geno-vacante. � Un centro de NV es un tipo de defecto en la estructura cristalina de un diamante, donde algunos de los �tomos de carbono del diamante son intercambiados por �tomos de nitr�geno, y donde el punto adyacente al nitr�geno est� vac�o. � El estado qu�ntico de este sistema es altamente sensible, lo que permite que los centros NV detecten incluso campos magn�ticos muy d�biles. � Esta propiedad los convierte en sensores potentes que se pueden usar para una variedad de aplicaciones en geolog�a y biolog�a.
Una aplicaci�n, agreg�, podr�a ser mapear las propiedades de un material. � Al pasar un centro de NV a trav�s de un material como un aislante topol�gico, puede determinar c�mo sus propiedades pueden variar a lo largo de la superficie. � El art�culo de Jiang y Wilczek, que han enviado a�Physical Review Letters, detalla solo la influencia atmosf�rica qu�ntica derivada de la electrodin�mica del axi�n. � Para determinar c�mo otros tipos de propiedades afectan una atm�sfera, dijo Wilczek, tendr�as que hacer diferentes c�lculos. � � � �Rompiendo simetr�as� Fundamentalmente, las propiedades que desenmascaran las atm�sferas qu�nticas son simetr�as. � Las diferentes fases de la materia, y las propiedades �nicas de una fase, se pueden pensar en t�rminos de simetr�a.�En un cristal s�lido, por ejemplo, los �tomos est�n dispuestos en una red sim�trica que se desplaza o gira para formar un patr�n de cristal id�ntico. � Sin embargo, cuando se aplica calor, los enlaces se rompen, la estructura reticular se colapsa y el material, ahora un l�quido con propiedades marcadamente diferentes, pierde su simetr�a. � Los materiales pueden romper otras�simetr�as fundamentales, como la simetr�a de inversi�n temporal, que obedecen a la mayor�a de las leyes de la f�sica.�O los fen�menos pueden ser diferentes cuando se miran en el espejo, una violaci�n de la simetr�a de paridad. � Si estas simetr�as se rompen en un material podr�a significar transiciones de fase previamente desconocidas y propiedades potencialmente ex�ticas.�Un material con ciertas simetr�as rotas inducir�a las mismas violaciones en una sonda que est� dentro de su atm�sfera qu�ntica, dijo Wilczek. � Por ejemplo, en un material que se adhiere a la electrodin�mica del axi�n, la simetr�a de tiempo y paridad se rompe, pero la combinaci�n de los dos no. � Al explorar la atm�sfera de un material, se podr�a aprender si sigue este patr�n de ruptura de simetr�a y en qu� medida -y por lo tanto, qu� extra�os comportamientos puede tener, dijo.
Wilczek dijo que ya ha hablado con experimentadores que est�n interesados en probar la idea. � Lo que es m�s, dijo, los experimentos deber�an ser f�cilmente factibles, con suerte llegar a buen t�rmino no en a�os, sino en solo semanas y meses. � Si todo funciona, entonces el t�rmino "atm�sfera qu�ntica" puede encontrar un lugar permanente en el l�xico de la f�sica. � Wilczek ha acu�ado previamente t�rminos como,
Tiene un buen historial de idear nombres que se pegan, dijo Armitage.
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